JP5372866B2

JP5372866B2 - 渦電流探傷方法及び渦電流探傷システム

Info

Publication number: JP5372866B2
Application number: JP2010171308A
Authority: JP
Inventors: 将史成重; 亮西水; 正浩小池; 嘉治阿部; 豊彦津下
Original assignee: Hitachi-GE Nuclear Energy Ltd
Current assignee: Hitachi GE Vernova Nuclear Energy Ltd
Priority date: 2010-07-30
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2030-07-30
Also published as: JP2012032249A

Description

本発明は渦電流探傷方法及び渦電流探傷システムに関する。

熱交換器伝熱管の渦電流探傷は、プローブを挿入して引抜きながら欠陥信号の有無を確認する。その確認方法は、欠陥サイズと信号振幅値との関係を予め試験的に把握し、検出目標の欠陥サイズに対応するしきい値と観測信号の振幅値を比較評価する方法が知られている。例えば、特許文献１では、探傷信号から基準信号を差し引く減算処理により得られた差分信号をしきい値処理して傷の有無を判定する。特許文献１の実施形態４には、プローブにマルチコイルプローブを採用した例も記載されている。一般的に、マルチコイルプローブは複数個のコイルを筐体外周に配列した構造で、複数のチャンネル（ＣＨ）をもつ。各チャンネルは管全周の一部分を検出範囲とし、複数チャンネルで相互補完して管全周を検査する。

特開２００１−２９６２７９号公報

しかしながら、各チャンネルの感度には分布があり、複数のチャンネルを組み合わせても、そのチャンネル間で感度の低い部分が存在する。伝熱管検査において、欠陥の周方向位置は不明であるため、欠陥と各チャンネルの位置関係を考慮して、しきい値判定することが求められていた。

そこで、本発明の目的は、観測信号から欠陥サイズを推定する精度を高めて検査の信頼性を向上することにある。

本発明は、伝熱管の長さ方向における任意位置の最大振幅値（Ｓ₁）と、最大振幅値（Ｓ₁）を検出するチャンネルに隣接するチャンネルが検出する振幅値（Ｓ₂＞Ｓ₃）の中で大きい振幅値（Ｓ₂）を取得し、最大振幅値（Ｓ₁）及び隣接振幅値（Ｓ₂）の振幅比（Ｓ₂／Ｓ₁）から補正係数（Ａ）を決定し、補正振幅値（ＡＳ₁）としきい値を比較して欠陥サイズを算出することを特徴とする。

本発明によれば、観測信号から欠陥サイズを推定する精度を高めて検査の信頼性を向上できる。

マルチコイルプローブでの渦電流探傷の信号処理を表すフローチャートである。渦電流探傷システムの構成を表すブロック図である。熱交換器の管配列を表す画面の模式図である。伝熱管の長さ方向位置を示す図である。マルチコイルプローブの構造を表す模式図である。マルチコイルプローブの断面を表す図である。補正係数を算出するための補正図の一例である。マルチコイルプローブの感度分布の一例である。校正試験体の一例である。欠陥サイズを算出するための推定線図の一例である。肉厚の５０％ｔ深さの外面模擬欠陥の探傷画像の一例である。肉厚の５０％ｔ深さの外面模擬欠陥の信号波形の一例である。

本実施例に係るマルチコイルプローブでの渦電流探傷の信号処理フローを図１に示す。図２は渦電流探傷システムの構成を表すブロック図である。渦電流探傷システム２０は、モニタ２１，コンピュータ２２，渦電流探傷器２３，挿入・引抜機２４，マルチコイルプローブ２５で構成される。

図１の信号処理フローにおいて、コンピュータ２２は、挿入・引抜機２４からの位置データ及び渦電流探傷器２３からの探傷データを処理する。モニタ２１は、コンピュータ２２からのデータを表示し、操作を行うための装置である。

図１において、モニタ２１上の管配列図から検査対象管を選択し（Ｓ１０１）、マルチコイルプローブでの探傷データを取得して画像表示する（Ｓ１０２）。探傷データはマルチコイルプローブの位置に対する信号振幅値であり、複数チャンネル（ＣＨ）のデータを持つ。信号処理範囲を選択して（Ｓ１０３）、信号処理する位置（ｉ）を指定する（Ｓ１０４）。位置（ｉ）において最大の振幅値を持つＣＨ（ｊ）を探索し、その振幅値（ｉ，ｊ）をＳ₁とする（Ｓ１０５）。隣接ＣＨ（ｊ−１）の振幅値（ｉ，ｊ−１）と隣接ＣＨ（ｊ＋１）の振幅値（ｉ，ｊ＋１）を比較して、大きい値をＳ₂とする（Ｓ１０６）。Ｓ₂／Ｓ₁と補正係数との関係から補正係数Ａを決定して、補正振幅値ＡＳ₁を算出する（Ｓ１０７）。事前にしきい値（Ｓ_th）を設定しておき、補正振幅値ＡＳ₁と比較する（Ｓ１０８）。補正振幅値がしきい値より小さい（ＡＳ₁＜Ｓ_th）場合、欠陥サイズをゼロとする（Ｓ２０１）。補正振幅値がしきい値より大きい（ＡＳ₁＞Ｓ_th）場合、ＡＳ₁の値で推定線図から欠陥サイズを算出して保存する（Ｓ２０２）。選択範囲の信号処理を完了したかを確認する（Ｓ１０９）。完了でなければ、（Ｓ１０４）へ戻って次の位置（ｉ＋１）で信号処理を実施する。完了であれば、位置に対する欠陥サイズのグラフを表示する（Ｓ１１０）。選択範囲内の信号処理全体で（Ｓ２０２）の処理過程があれば欠陥有とし、なければ欠陥無として管配列図の検査対象管に明示する（Ｓ１１１）。

次に、図１の信号処理フローを項目ごとに詳細説明する。

Ｓ１０１は、熱交換器に対応する管配列（図３（ａ））をモニタ２１に表示し、装置使用者は検査対象管３２と同一管をモニタ表示上で選択する。探傷データは管表示３１に対応して保存され、信号処理結果は管表示３１上に明示される。

Ｓ１０２において、渦電流探傷システム２０で探傷データを取得する。探傷方法は、マルチコイルプローブ２５を管内に挿入し、挿入・引抜機２４で走査する。マルチコイルプローブ２５の伝熱管長さ方向における位置を、エンコーダ値や挿入・引抜機の送り量或いは時間参照により取得する。図３（ｂ）は、伝熱管長さ方向における位置（ｉ）を示す。その位置に対応して、渦電流探傷器２３よりＸ振幅値とＹ振幅値を取得する。探傷データは、各チャンネルのＸ振幅値やＹ振幅値或いは全振幅値（２乗平均値）として、マルチコイルプローブの伝熱管長さ方向位置に対して画像（Ｃスコープ）表示される。

Ｓ１０３において、装置使用者は、画像表示上で２本のカーソル等により開始位置及び終了位置を選択する。或いは、既定の位置に自動的に設定される方法でも良い。目的の範囲に開始位置と終了位置が選択されれば良い。

Ｓ１０４において、選択範囲の中で信号処理する位置（ｉ）を指定する。通常、選択範囲の開始位置（ｉ＝０）を最初に指定する。

Ｓ１０５において、位置（ｉ＝０）で最大振幅値を持つＣＨ（ｊ）を探索する。振幅値はＸ振幅値やＹ振幅値或いは全振幅値である。最大振幅値（ｉ，ｊ）をＳ₁として保存する。

Ｓ１０６において、隣接ＣＨ（ｊ−１）の振幅（ｉ，ｊ−１）と隣接ＣＨ（ｊ＋１）の振幅値（ｉ，ｊ＋１）を取得して比較し、大きい値をＳ₂として保存する。

Ｓ１０７において、Ｓ₂／Ｓ₁の値を算出して補正図から補正係数Ａを決定する。補正図は理論的な感度分布を基にチャンネル間での感度比を表し、マルチコイルプローブによって異なる。例えば、図４のマルチコイルプローブの場合では、補正図は図５となる。図４（ａ）において、マルチコイルプローブは、筐体４１の外周面に励磁コイル４２と検出コイル４３を４５度ピッチで交互に配置する。励磁コイル４２と検出コイル４３は同一構造である、両者のチャンネル位置の角度をずらして連結されている。図４（ｂ）は、検出コイルのＡＡ断面図である。検出コイル４３を図示の配置とした場合、単一チャンネルでの感度分布は図６の実線で表される。角度をずらしたチャンネルの感度分布は図６の点線で表される。チャンネル相互は不感部分を補完するが、最大感度の７０％程度の低感度な部分が現れる。そこで、ある位置での２つのチャンネルの感度をＳ₁とＳ₂（＜Ｓ₁）として、その感度比（Ｓ₂／Ｓ₁）の値から最大感度Ｓ₀に補正する補正係数Ａを導入する。図５において、Ｓ₂／Ｓ₁＝０の場合、Ｓ₁はＳ₀に相当し、補正係数ＡはＡ＝１である。Ｓ₂／Ｓ₁＝１の場合、Ｓ₁をＳ₀相当に補正するため、補正係数ＡはＡ＝１.４である。０＜（Ｓ₂／Ｓ₁）＜１の場合も、Ｓ₁をＳ₀相当に補正するため、１＜Ａ＜１.４の範囲で補正係数を算出する。上記ではＳ₀，Ｓ₁，Ｓ₂を感度として表記したが、実際には感度を振幅値に対応させて補正係数Ａを算出する。補正係数Ａと最大振幅値Ｓ₁との積算から補正振幅値ＡＳ₁を求め、次ステップのしきい値判定に利用する。

Ｓ１０８において、しきい値Ｓ_thと補正振幅値ＡＳ₁を比較する。ＡＳ₁＜Ｓ_thの場合、Ｓ２０１に進んで位置（ｉ）での欠陥サイズをゼロとする。ＡＳ₁≧Ｓ_thの場合、Ｓ２０２に進んで位置（ｉ）での欠陥サイズを推定線図から算出する。推定線図は欠陥サイズと最大振幅値との関係を表している。例えば、図７の校正試験体７１では図８の関係が得られる。探傷前に校正試験体７１の模擬欠陥７２でデータを取得し、データ補間をして推定線図を得る。補正振幅値ＡＳ₁の値に対応する欠陥サイズを推定線図から算出する。

Ｓ１０９において、選択範囲の信号処理を完了したか確認する。未完了であれば、位置（ｉ）を位置（ｉ＋１）にしてＳ１０４から再度信号処理を実施する。完了であれば、次ステップを実施する。

Ｓ１１０において、選択範囲の位置に対して欠陥サイズをプロットして表示する。

Ｓ１１１において、選択範囲内の信号処理全体で（Ｓ２０２）の処理過程があれば欠陥有とし、なければ欠陥無として管配列図の検査対象管に明示する。

このように、伝熱管の長さ方向における任意位置の最大振幅値（Ｓ₁）と、その最大振幅値（Ｓ₁）を検出するチャンネルＣＨ（ｊ）に隣接するチャンネルＣＨ（ｊ−１），ＣＨ（ｊ＋１）が検出する振幅値（Ｓ₂＞Ｓ₃）の中で大きい振幅値（Ｓ₂）を取得し、前記最大振幅値（Ｓ₁）及び隣接振幅値（Ｓ₂）の振幅比（Ｓ₂／Ｓ₁）から補正係数（Ａ）を決定し、補正振幅値（ＡＳ₁）としきい値Ｓ_thを比較して欠陥サイズを算出することにより、チャンネル間で感度の低い部分も補正振幅値を使用することが可能である。補正振幅値であれば、欠陥と各チャンネルの位置関係を考慮して、しきい値判定することが可能である。従って、観測信号から欠陥サイズを推定する精度を高めて検査の信頼性を向上可能である。

本実施例に係るマルチコイルプローブでの渦電流探傷における信号処理の効果を確認する。渦電流探傷システム２０において、マルチコイルプローブ２５を渦電流探傷器２３にケーブルで接続し、励磁或いは検出の電気信号を送受信する。渦電流探傷器２３をコンピュータ２２にケーブルで接続して、探傷条件や探傷信号の入出力を電気的に送受信する。挿入・引抜機２４はケーブルを介してマルチコイルプローブ２５の挿入・引抜を実施するとともに、位置の参照信号をコンピュータ２２へ送信する。前記渦電流探傷システムは一般的な機器で実現可能である。マルチコイルプローブ２５は図４のコイル配置であり、チャンネル位置を２２.５度ずらして連結される。

図９は渦電流探傷システム２０での探傷画像であり、図１０は振幅値Ｓ₁及び振幅値Ｓ₂に対応するチャンネル（ＣＨ１とＣＨ２）の信号波形である。肉厚の５０％ｔ深さの外面割れに対してＳ₁＝１.４ＶとＳ₂＝１.４Ｖで検出し、Ｓ₂／Ｓ₁＝１であった。図５の補正図から、補正係数ＡはＡ＝１.４であり、補正振幅値ＡＳ₁はＡＳ₁＝２.０Ｖである。ここで、しきい値を肉厚の２０％ｔ深さの外面割れに相当する振幅Ｓ_th＝０.２Ｖとすると、図８の推定線図を利用して欠陥サイズは深さ５０％相当と算出される。これにより、欠陥サイズの推定精度を高めて検査の信頼性を向上できる。

２０渦電流探傷システム
２１モニタ
２２コンピュータ
２３渦電流探傷器
２４挿入・引抜機
２５マルチコイルプローブ
３１管表示
３２検査対象管
４１筐体
４２励磁コイル
４３検出コイル
７１校正試験体
７２模擬欠陥

Claims

マルチコイルプローブを用いて伝熱管を探傷する渦電流探傷方法において、前記伝熱管の長さ方向における任意位置の最大振幅値（Ｓ₁）と、前記最大振幅値（Ｓ₁）を検出するチャンネルに隣接するチャンネルが検出する振幅値（Ｓ₂＞Ｓ₃）の中で大きい振幅値（Ｓ₂）を取得し、前記最大振幅値（Ｓ₁）及び隣接振幅値（Ｓ₂）の振幅比（Ｓ₂／Ｓ₁）から補正係数（Ａ）を決定し、補正振幅値（ＡＳ₁）としきい値を比較して欠陥サイズを算出することを特徴とする渦電流探傷方法。
請求項１の渦電流探傷方法において、マルチコイルプローブの管周方向の感度特性を少なくとも２つのチャンネルの振幅比で代表させて補正したことを特徴とする渦電流探傷方法。
マルチコイルプローブを用いて伝熱管を探傷する渦電流探傷システムにおいて、
前記伝熱管の長さ方向における任意位置の最大振幅値（Ｓ₁）と、前記最大振幅値（Ｓ₁）を検出するチャンネルに隣接するチャンネルが検出する振幅値（Ｓ₂＞Ｓ₃）の中で大きい振幅値（Ｓ₂）を取得し、前記最大振幅値（Ｓ₁）及び隣接振幅値（Ｓ₂）の振幅比（Ｓ₂／Ｓ₁）から補正係数（Ａ）を決定し、補正振幅値（ＡＳ₁）としきい値を比較して欠陥サイズを算出するコンピュータを備えることを特徴とする渦電流探傷システム。
請求項３の渦電流探傷システムにおいて、マルチコイルプローブの管周方向の感度特性を少なくとも２つのチャンネルの振幅比で代表させて補正したことを特徴とする渦電流探傷システム。